背结黑硅电池及其制备方法与流程

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种背结黑硅电池及其制备方法。

背景技术：

黑硅电池相对传统太阳电池具有更低的反射率，更加有效的吸收太阳光，从而激发更多的载流子，提升电池效率。开发低成本高效多晶黑硅电池技术，不仅能提升晶硅电池行业的整体转换效率，而且能提高中国光伏产品在世界光伏市场的竞争力，也有助于光伏发电平价上网目标的早日实现。

现有黑硅电池中，pn结通常在电池的受光面（即正面），这存在电极遮挡太阳光的问题，会降低电池对太阳光的吸收，从而影响电池的转化效率。另外，现有pn结的制备方法仍采用扩散工艺，由于黑硅表面的纳米结构具有较大的表面积，因此在扩散中形成了更大的表面掺杂浓度，造成了较严重的俄歇复合，降低了黑硅电池的电性能，严重影响了电池效率。虽然现有背结电池采用离子注入、激光刻蚀或光刻方法在背表面形成pn结和电极，利用离子注入方式制备背表面pn结，并利用激光刻蚀或光刻的方式进行开槽一遍印刷电极，但是这些方法的制备步骤繁琐且制备成本非常高昂。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种光吸收效果好、表面复合低、电学性能、成本低的背结黑硅电池及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种背结黑硅电池，所述背结黑硅电池包括N型硅片；所述N型硅片的背面设有钝化膜A，所述钝化膜A上设有Al电极和掺磷Ag电极，所述掺磷Ag电极设在所述Al电极之间；所述Al电极中铝扩散进入所述N型硅片体内，形成p⁺层；所述掺磷Ag电极中磷扩散进入所述N型硅片体内，形成N⁺层；所述背结黑硅电池的背表面形成交错型p⁺--N—N⁺型结构。

上述的背结黑硅电池中，优选的，所述Al电极的宽度为50μm～100μm；所述Al电极的间距为1mm～3mm；所述掺磷Ag电极的宽度为25μm～60μm，所述掺磷Ag电极的间距为1mm～3mm。

上述的背结黑硅电池中，优选的，所述钝化膜A为SiO₂钝化膜或AlOx钝化膜；所述钝化膜A的厚度为5nm～30nm。

上述的背结黑硅电池中，优选的，所述N型硅片的正面具有纳米孔、纳米柱或纳米线的陷光结构。

上述的背结黑硅电池中，优选的，所述N型硅片的正面设有钝化膜B，所述钝化膜B上设有减反射膜。

上述的背结黑硅电池中，优选的，所述钝化膜B为SiO₂钝化膜或AlOx钝化膜；所述钝化膜B的厚度为5nm～30nm；所述减反射膜为SiNx减反射膜；所述减反射膜的厚度为70nm～90nm。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的背结黑硅电池的制备方法，包括以下步骤：

（1）对N型硅片的正面进行刻蚀，得到黑硅；

（2）在所述黑硅的背面制备钝化膜A；

（3）在所述钝化膜A上印刷铝浆，形成铝电极栅线；

（4）在所述铝电极栅线之间印刷掺磷银浆，形成银电极栅线；

（4）对印刷有铝电极栅线和银电极栅线的黑硅进行烧结，得到背结黑硅电池。

上述的制备方法中，优选的，所述步骤（1）中，所述刻蚀采用干法刻蚀或湿法刻蚀；

和/或，所述步骤（2）中，所述钝化膜A为SiO₂钝化膜时，由热氧化法制备；所述钝化膜A为AlOx钝化膜时，由原子层沉积法或PECVD法制备。

上述的制备方法中，优选的，所述热氧化法的温度为600℃～900℃。

上述的制备方法中，优选的，所述步骤（2）中还包括以下步骤在所述黑硅的正面制备钝化膜B；所述钝化膜B为SiO₂钝化膜时，由热氧化法制备；所述钝化膜B为AlOx钝化膜时，由原子层沉积法（ALD）或PECVD法制备；所述钝化膜B上还制备有减反射膜；所述减反射膜由PECVD法制备得到。

本发明中，所述热氧化法为干氧热氧化法或湿氧热氧化法，但不仅限于此。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明提供了一种背结黑硅电池，该背结黑硅电池的背表面形成交错型p⁺--N—N⁺型结构，与现有技术中的PN结相比，本发明交错型p⁺--N—N⁺型结构的PN结缩短了载流子输运距离，提升了电极对载流子的收集几率。本发明中，将交错型p⁺--N—N⁺型结构设在黑硅电池的背表面，这降低了电池正表面的载流子复合，同时将所有电极移至背表面，使黑硅电池正表面没有任何电极遮挡，大大增加了对光的吸收，提升黑硅电池的电流。可见，本发明的背结黑硅电池是一种光吸收效果好、表面复合低、电学性能好、成本较低的太阳电池。

2、本发明的背结黑硅电池中，正面和背面均设有钝化膜，该钝化膜对黑硅正面和背面进行了良好的钝化，能够降低表面复合；同时，本发明背结黑硅电池正面的钝化膜上还设有减反射膜，该减反射膜不仅可以进一步降低表面的反射率，同时还能增强钝化效果，更好的降低表面复合。

3、本发明还提供了一种背结黑硅电池的制备方法，其中铝浆和银浆在背表面交替印刷形成电极栅线，在烧结过程中铝向硅体内扩散，在形成背电极的同时达到p型掺杂的目的，在硅片表面形成重掺杂的p型掺杂层（即p⁺层），实现硅掺杂效果，且在烧结过程中掺磷银浆料中的磷也扩散进入硅体内，在形成银电极的同时达到N型掺杂的目的，在硅片表面形成重掺杂的N型掺杂层(即N⁺层)，最终在黑硅电池背表面形成p⁺--N—N⁺型结构。本发明方法通过利用铝浆印刷并烧结的方式，在电极制备的同时实现了背表面PN结制备，相对传统的背结制备工艺，减少了工艺流程并大幅降低了制备成本。本发明的方法具有制备工艺简单、成本低、可适用于大规模量产等优点。

4、本发明的制备方法中，采用热氧化法在黑硅电池两面生长优质的SiO₂钝化膜，进一步降低了表面复合，提升了载流子寿命。

附图说明

图1为本发明实施例1中背结黑硅电池的结构示意图。

图2为本发明实施例1中背结黑硅电池的制备流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。

实施例1：

一种本发明的背结黑硅电池，如图1所示，该背结黑硅电池包括N型硅片，N型硅片的背面设有钝化膜A，钝化膜A上设有Al电极和掺磷Ag电极，掺磷Ag电极设在Al电极之间；Al电极中铝扩散进入N型硅片体内，形成p⁺层；掺磷Ag电极中磷扩散进入N型硅片体内，形成N⁺层；背结黑硅电池的背表面形成交错型p⁺--N—N⁺型结构。

本实施例中，Al电极的宽度为80μm，间距为2mm；掺磷Ag电极的宽度为35μm，间距为2mm；钝化膜A为SiO₂钝化膜，厚度为20nm。

本实施例中，N型硅片的正面具有纳米孔的陷光结构；N型硅片的正面设有钝化膜B，钝化膜B上设有减反射膜；钝化膜B为SiO₂钝化膜，厚度为20nm；减反射膜为SiNx减反射膜，厚度为80nm。

一种上述本实施例的背结黑硅电池的制备方法，制备流程如图2所示，包括以下步骤：

（1）采用n型硅片，对硅片表面进行清洗，然后利用湿法刻蚀在硅片正面（即受光面）制备具有纳米孔的陷光结构，得到黑硅。

（2）对黑硅进行热氧化，热氧化的温度为850℃，在正面和背面各制备一层厚度为20nm的致密的SiO₂钝化膜，对黑硅正面与背面进行良好的钝化。

（3）采用PECVD法在黑硅正表面的SiO₂钝化膜上沉积SiNx减反射膜，厚度为80nm，进一步降低表面反射率，同时增强钝化效果。

（4）沉积SiNx减反射膜后，采用细栅线图形，在背表面印刷铝浆，形成铝电极栅线，其中铝电极栅线的宽度为80μm，间距为2mm。

（5）在铝电极栅线中间印刷掺磷银电极浆料，形成银电极栅线，其中银电极栅线的宽度为35μm，间距为2mm。

（6）对印刷有铝电极栅线和银电极栅线的黑硅进行烧结，得到背结黑硅电池。在烧结过程中，在烧结过程中铝向硅体内扩散，在形成背电极的同时达到p型掺杂的目的，在硅片表面形成重掺杂的p型掺杂层（即p⁺层），实现硅掺杂效果，且在烧结过程掺磷银电极浆料中的磷也扩散进入硅体内，在形成银电极的同时达到N型掺杂的目的，在硅片表面形成重掺杂的N型掺杂层(即N⁺层)，最终在黑硅电池背表面形成交错型p⁺--N—N⁺型结构。

经测试，本实施例中制得的背结黑硅电池的表面反射率2.2%（350nm-1100nm），该背结黑硅电池的的光电转化效率（Eff）为21.62%，开路电压（Uoc）为0.673V，短路电流（Isc）为9.952A，填充因子（FF）为79.46%。由此可见，本发明的背结黑硅电池是一种光吸收效果好、表面复合低、电学性能好、成本较低的太阳电池。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。